[發明專利]003型柔性壓電復合材料、柔性多層致動器及制備方法

有效

• 申請號: 202110708747.2
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113257991B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 任丹陽;施鈞輝;尹永剛;陳睿黽;李馳野
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/09;H01L41/22;H01L41/37
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種0-0-3型柔性壓電復合材料，其特征在于，主要由聚合物類壓電材料、非聚合物類壓電材料和氧化石墨烯復合得到；所述非聚合物類壓電材料為壓電陶瓷或壓電單晶；所述氧化石墨烯使0-0-3型柔性壓電復合材料中各組分分散均勻，且氧化石墨烯的官能團與聚合物類壓電材料中的極性F原子通過氫鍵的方式結合；

所述0-0-3型柔性壓電復合材料的制備方法，包括：制備氧化石墨，超聲剝離得到氧化石墨烯；然后加入到有機分散劑中，震蕩，使分散均勻，得到分散劑/氧化石墨烯溶液；再加入聚合物類壓電材料，攪拌，使分散均勻，得到分散劑/氧化石墨烯/聚合物類壓電材料溶液；最后加入非聚合物類壓電材料，攪拌、超聲分散，得到的氧化石墨烯/聚合物類壓電材料/非聚合物類壓電材料溶液為0-0-3型柔性壓電復合材料；

所述0-0-3型柔性壓電復合材料中，各物質的占比為：采用壓電單晶時，氧化石墨烯0.0001～15wt％，聚合物類壓電材料50～75wt％，壓電單晶20～40wt％；采用壓電陶瓷時，氧化石墨烯0.0001～15wt％，聚合物類壓電材料50～75wt％，壓電陶瓷24～48wt％；

所述聚合物類壓電材料為PVDF或P(VDF-TrFE)；所述壓電陶瓷為PZT；所述壓電單晶選自PMN、PMN-PT、PZN-PT、鈮酸鋰、鉭酸鋰；所述有機分散劑選自DMF、DMAc、丙酮。

2.一種柔性多層致動器，其特征在于，包含權利要求1所述0-0-3型柔性壓電復合材料。

3.一種權利要求2所述柔性多層致動器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)以硅作為基底，在硅基底右側濺射Au層，在硅基底左側涂覆PDMS固化絕緣，制備為第一層電極層PDMS+Au/Si基底；

(2)將權利要求1所述0-0-3型柔性壓電復合材料涂覆于水平放置的步驟(1)中基底上，使溶液流動均勻，而后放入烘箱中，調節溫度，干燥；得到003薄膜/PDMS+Au/Si結構；

(3)在步驟(2)得到的結構左側濺射Au作為電極層，右側涂覆PDMS固化絕緣，制備第二層電極層Au+PDMS，得到Au+PDMS/003薄膜/PDMS+Au/Si結構；

(4)在步驟(3)得到的結構上涂覆權利要求1所述0-0-3型柔性壓電復合材料，重復步驟(2)，得到003薄膜/Au+PDMS/003薄膜/PDMS+Au/Si結構；

(5)在步驟(4)得到的結構右側濺射Au作為電極層，左側涂覆PDMS固化絕緣，制備第二層電極層PDMS+Au，得到PDMS+Au/003薄膜/Au+PDMS/003薄膜/PDMS+Au/Si結構；

(6)根據具體致動器層數重復上述步驟(2)、(3)、(4)、(5)；

(7)將步驟(6)所得結構中硅基底去除，而后在多層致動器左右兩側濺射電極，連接各電極層，制備出叉指電極，得到柔性多層致動器元件，于器件左右兩側電極引出引線；在兩側電極位置施加電壓，利用逆壓電效應得到位移推力，產生致動效果。

4.一種權利要求2所述柔性多層致動器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)以硅作為基底，在基底上以對角線為分界，在其余部分濺射四塊Au層作為電極，對角線部分涂覆PDMS固化絕緣，得到(Au,PDMS)/Si結構；

(b)將權利要求1所述0-0-3型柔性壓電復合材料涂覆于水平放置的步驟(a)中基底上，使溶液流動均勻，而后放入烘箱中，調節溫度，干燥；得到003薄膜/(Au,PDMS)/Si結構；

(c)在步驟(b)得到的結構上以對角線為分界，在其余部分濺射四塊Au層作為電極，對角線部分涂覆PDMS固化絕緣，得到(Au,PDMS)/003薄膜/(Au,PDMS)/Si結構；

(d)根據具體層數重復步驟(b)、(c)；

(e)將步驟(d)所得結構中硅基底去除，而后在多層致動器四周濺射電極，連接各電極層，對得到的元件的相對位置進行反向極化；最終得到柔性多層致動器元件；其中，相對位置的電極兩兩串聯并引出一根線纜，激勵串聯線纜時，由于相對位置的電極極化方向相反，縮短和變長的趨勢對應的相反。